C语言中变量的静态分配（Static）和动态分配（StackHeap）

C语言中变量的静态分配&＃xff08;Static&＃xff09;和动态分配&＃xff08;Stack&Heap&＃xff09;

变量的静态分配

在编译和链接时确定的绝对地址。
在程序运行时无法再改变其内存大小。
当然&＃xff0c;你可以修改程序&＃xff0c;再重新编译它&＃xff0c;但这样灵活性低。

包含了哪些变量&＃xff1f;

全局变量和局部变量&＃xff08;staic关键字&＃xff09;

全局变量和被static修饰的局部变量都可以将函数中此变量的值保存到下一次调用。但是被static修饰的局部变量对外不可见&＃xff0c;仅在此函数中可见。保证了数据的安全性。

通过一个例子进行诠释

static.c

#include
int globle_init&＃61;100; //全局初始化变量
static int static_globle_init&＃61;100; //static修饰的全局初始化变量
int globle_unit; //全局未初始化变量
void f1(){static int static_init&＃61;100; //static修饰的局部初始化变量static int static_unit; //static修饰的局部未初始化变量int local_var&＃61;100;// 局部初始化变量static_init&＃43;&＃43;;local_var&＃43;&＃43;;printf("The value of static_unit is %d\n",static_unit);printf("The value of static_init is %d\n",static_init);printf("The value of local_var is %d\n",local_var);printf("&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;\n");
}
void f2(){globle_unit&＃61;100;
}
int main(){f1();f1();printf("The value of globle_unit is %d\n",globle_unit);f2();printf("The value of globle_unit is %d\n",globle_unit);return 0;
}


运行结果如下&＃xff1a;

The value of static_unit is 0
The value of static_init is 101
The value of local_var is 101
&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;
The value of static_unit is 0
The value of static_init is 102
The value of local_var is 101
&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;
The value of globle_unit is 0
The value of globle_unit is 100


通过运行结果&＃xff0c;发现&＃xff1a;

1. 静态分配的变量如果未初始化&＃xff0c;会自动初始化为0.
2. 调用了两次函数f1&＃xff08;&＃xff09;&＃xff0c;local_var每次的输出值都为101。说明未被static修饰的局部变量&＃xff0c;每次进入和离开作用域的时候创建和销毁。
3. 而被staic修饰了的局部变量&＃xff0c;第二次调用时static_init的值为102&＃xff0c;说明它第一次被调用的值保存到了下一次&＃xff0c;并不会被销毁。

相对应的汇编语言(这里只展示静态分配的变量部分)

先介绍一下两个命令
.comm命令声明未初始化的数据的通用内存区域
.lcomm命令声明未初始化数据的本地通用内存数据


变量的动态分配

栈&＃xff08;stack&＃xff09;

系统的动态内存分配
esp 栈顶 低地址
ebp 栈底 高地址
栈是沿着低地址方向生长的

通过一个例子诠释

stack.c

#include
int add_sum(int a,int b,int c){int d&＃61;0;int e&＃61;1;d&＃61;a&＃43;b&＃43;c;return d;
}
int main(){int i&＃61;10;int j&＃61;20;int k&＃61;0;k&＃61;add_sum(i,j,30);
}


对应的main函数的汇编语言

_main:
LFB7:pushl %ebp movl %esp, %ebpandl $-16, %espsubl $32, %espcall ___mainmovl $10, 28(%esp)//将数值10&＃xff08;变量i&＃xff09;放在esp28位置movl $20, 24(%esp)//将数值20&＃xff08;变量j&＃xff09;放在esp24位置movl $0, 20(%esp)//将数值0&＃xff08;变量k&＃xff09;放在esp20位置movl $30, 8(%esp)//将数值30&＃xff08;常量&＃xff09;放在esp8位置 这里开始放置参数movl 24(%esp), %eax //将esp24中的数据放在寄存器eax中movl %eax, 4(%esp)//将eax寄存器中的值放入esp4位置movl 28(%esp), %eax //将esp28中的数据放在寄存器eax中movl %eax, (%esp) //将eax寄存器中的值放入esp0位置call _add_sum//调用函数movl %eax, 20(%esp)leaveret
LFE7:


对应的add_sum函数的汇编

_add_sum:
LFB6:pushl %ebpmovl %esp, %ebpsubl $16, %espmovl $0, -4(%ebp) //将数值0&＃xff08;变量d&＃xff09;放在ebp-4位置movl $1, -8(%ebp)//将数值1&＃xff08;变量e&＃xff09;放在ebp-8位置movl 12(%ebp), %eax //将ebp12位置的值放入寄存器eaxmovl 8(%ebp), %edx //将ebp8位置的值放入寄存器edxaddl %edx, %eax //将两个寄存器中的值相加&＃xff0c;结果放入寄存器eaxaddl 16(%ebp), %eax //将ebp16中的值与寄存器eax中的值相加&＃xff0c;结果放入寄存器eax中movl %eax, -4(%ebp) //把eax中的值放入寄存器ebp-4&＃xff08;变量d&＃xff09;中movl -4(%ebp), %eaxleaveret


相应的图

堆(Heap)

程序员动态分配
在任意时间&＃xff0c;根据需求

它们都在头文件stdlib.h中声明

malloc

void *malloc(size_t size)
用于执行动态内存分配
malloc从内存池中提取一块合适的内存&＃xff0c;并向该程序返回一个指向这块内存的指针。
这块内存此时并没有以任何方式初始化
参数&＃xff1a;需要分配的内存字节数
malloc 分配的是一块连续的内存
如果分配失败&＃xff0c;返回一个NULL指针
malloc返回类型为void *的指针&＃xff0c;因为它可以转换成其他任意类型的指针。

free

void free(void *pointer)
用于执行动态内存的释放
free的参数要么是NULL&＃xff0c;要么是先前从malloc、calloc、realloc返回的值

calloc

viod *calloc(size_t num_elements,size_t element_size)
用于执行动态内存分配,区别在于它会在返回内存指针之前把它初始化为0。
参数&＃xff1a;所需元素的数量和每个元素的字节数
如果分配失败&＃xff0c;返回一个NULL指针

realloc

void realloc(void *ptr,size_t new_size)
用于修改一个原先已经分配的内存大小
参数&＃xff1a;一个需要修改的内存指针和需要分配的内存字节数
如果分配失败&＃xff0c;返回一个NULL指针
如果第一个参数为NULL&＃xff0c;则于malloc函数效果一样。

一个实例&＃xff1a;

#include
#includeint main(void){int *myInt&＃61;(int*)malloc(sizeof(int));if(myInt!&＃61;NULL){*myInt&＃61;5;free(myInt);myInt&＃61;NULL;}return 0;
}


Stack vs Heap

Stack

访问很快
变量在程序中无需自己写代码去释放
空间由cpu有效管理&＃xff0c;不会出现内存碎片
只有局部变量
受到栈大小的限制
变量不能重新定义大小

Heap

变量可以被全局访问
在内存大小上没有限制
&＃xff08;相对来说&＃xff09;访问更慢
对空间的效率没有保证&＃xff0c;可能出现内存碎片
必须管理内存
变量的大小可以通过realloc重新定义

程序内存分布